بررسی اثرات خنک کاری لایه ای بر مشخصه های عملکردی یک توربین محوری

در این مقاله به مطالعه عددی عملکرد کلی و ساختار جریان در یک توربین محوری واقعی و اثر خنک کاری لایه ای بر آن پرداخته می شود. مطالعات انجام شده در گذشته پیرامون اثر خنک کاری لایه ای بر ساختار جریان، عمدتا بر هندسه ساده شده پره ها و جایگزین کردن پره های توربین توسط یک شعاع انحنای سطح، متمرکز بوده اند و پیچیدگی ها و جزئیات ساختار جریان واقعی سه بعدی در طبقات توربین محوری لحاظ نگردیده است. در تحقیق حاضر این موضوعات لحاظ گردیده است. بدین منظور، تحلیل جریان در یک توربین با استفاده از نرم افزار تجاری ANSYS-CFX انجام شده است. در ابتدا، منحنی های عملکرد توربین محوری با استفاده از شبیه سازی عددی استخراج و با نتایج تجربی مقایسه گردیده که تطابق خوبی را نشان می دهند. خنک کاری از طریق سوراخ هایی با نرخ دمش (B.R) برابر 0/82، نرخ سرعت (V.R) برابر 0/4 و زاویه جت 30 درجه اعمال گردیده است. البته به دلیل تزریق جت به منطقه سکون در لبه ی حمله پره و همچنین افزایش دما در سطح فشار نسبت به مکش، دبی بیشتری برای خنک کاری در این نواحی لحاظ گردیده است. بررسی منحنی عملکرد توربین نشان دهنده کاهش ناچیز نسبت فشار و راندمان در اثر اعمال خنک کاری است که با توجه به قابلیت افزایش دمای ورودی در حالت خنک کاری، این کاهش قابل جبران است. خطوط جریان در اطراف پره، ایجاد لایه ای از سیال با دمای کم در اطراف پره استاتور که به صورت مانعی بین جریان گرم و سطح پره می باشد را نشان می دهد. اعمال خنک کاری موجب کاهش دمای سطوح فشار و مکش پره در حدود 300 درجه و دمای سطح جلوی پره حدود 200 درجه می گردد. بررسی نمودارهای تغییرات شعاعی و محوری پارامترهای ترمودینامیکی حکایت از آن دارد که با اعمال خنک کاری عدد ماخ و دمای کل جریان در ورود و خروج جریان کاهش یافته و در مقابل افت فشار افزایش می یابد.